JP2024017914A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】接着剤の使用量を低減して、製造コストが低減された電池を提供する。【解決手段】ここに開示される電池100は、正極22と負極24とが、セパレータ70を介して捲回されてなる捲回電極体20を備える。セパレータ70は、少なくとも一方の面に接着層74を備え、上記一方の面では、捲回軸方向WDの少なくとも一方の端部に、接着層74が形成されていない未形成領域N1が設けられている。【選択図】図6

Description

本発明は、電池に関する。
従来、正極活物質層を備える帯状の正極と、負極活物質層を備える帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して捲回されてなる捲回電極体を備えた電池が知られている。例えば特許文献1には、セパレータの表面全体に接着層を形成した後、正極とセパレータと負極とを含む電極体群を加熱プレスすることで、セパレータを正極および負極の少なくとも一方と一体化させた電極体、およびこれを備えた電池が開示されている。
特許第5328034号公報
しかし、本発明者らの検討によれば、上記技術には改善の余地があった。すなわち、接着層が接着機能を発現するためには、接着層の形成された個所に所定の荷重を負荷する必要がある。しかしながら、電極体群を加熱プレスすると、活物質層の設けられた厚みの大きい部分に熱および荷重が集中し、活物質層と対向していない領域(具体的には、捲回軸方向の端部)には熱および荷重が殆ど掛からない。このため、特許文献1のようにセパレータの表面全体に接着層を設けても、捲回軸方向の端部では接着機能が発現されず、高価な接着剤が無駄になっていることがわかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、接着剤の使用量を低減して、製造コストが低減された電池を提供することにある。
本発明により、正極活物質層を備える帯状の正極と、負極活物質層を備える帯状の負極とが、1つまたは複数の帯状のセパレータを介して捲回されてなる捲回電極体を備えた電池が提供される。少なくとも1つの上記セパレータは、少なくとも一方の面に接着層を備える。上記一方の面では、捲回軸方向の少なくとも一方の端部に、上記接着層が形成されていない未形成領域が設けられている。
捲回軸方向の端部に未形成領域を設けることで、接着剤を効率的に使うことができる。これにより、不必要な接着剤の使用量を減らして、電池作製のコストを低減できる。また、接着層を有することで、セパレータを正極および負極の少なくとも一方と一体化することができる。これにより、例えば正極-負極間の極間距離のバラつきを抑えて、電池特性を向上できる。また、電池の使用時に振動や落下等の衝撃を受けてもセパレータの配置がずれにくくなり、振動耐性を向上できる。
第1実施形態に係る電池を模式的に示す斜視図である。 図1のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。 図1のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。 図2のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。 第1実施形態に係る捲回電極体の構成を示す模式図である。 正極と負極とセパレータとの界面を模式的に示す拡大図である。 セパレータの正極と対向する側の表面を示す平面図である。 電池ケースに収容された捲回電極体の上端部を表す模式図である。 電池ケースに収容された捲回電極体の下端部を表す模式図である。 第2実施形態に係る電池の図2対応図である。 第2実施形態に係る捲回電極体の構成を示す図6対応図である。
以下、ここで開示される技術のいくつかの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここで開示される技術の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、「A以上B以下」の意と共に、「Aを超える」および「B未満」の意を包含するものとする。
なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して正極と負極の間で電荷担体が移動することによって繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般をいう。電解質は、液状電解質(電解液)、ゲル状電解質、固体電解質のいずれであってもよい。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池(化学電池)の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(物理電池)等も包含する。以下では、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る電池100を模式的に示す斜視図である。電池100は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であることがより好ましい。図2は、図1中のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。図3は、図1中のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。図4は、図2中のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表す。また、図面中の符号Xは、電池100の短辺方向を示し、符号Yは、電池100の長辺方向を示し、符号Zは、電池100の上下方向を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池100の設置形態を何ら限定するものではない。
図1~図3に示すように、電池100は、電池ケース10(図1参照)と、複数の捲回電極体20(図2、図3参照)と、正極端子30(図1、図2参照)と、負極端子40(図1、図2参照)と、正極集電部50(図2参照)と、負極集電部60(図2参照)と、を備えている。図示は省略するが、電池100は、ここではさらに電解液を備えている。電池100は、非水電解液二次電池である。以下、電池100の具体的な構成について説明する。
電池ケース10は、捲回電極体20を収容する筐体である。図1に示すように、電池ケース10は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。電池ケース10の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース10は、金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等からなることがより好ましい。図2に示すように、電池ケース10は、開口12hを有する外装体12と、開口12hを封口する封口板(蓋体)14と、を備えている。外装体12および封口板14は、捲回電極体20の収容数(1つまたは複数。ここでは、複数。)や、サイズ等に応じた大きさを有している。
外装体12は、図1、図2から分かるように、上面に開口12hを有する有底かつ角型の容器である。外装体12は、図1に示すように、底壁12aと、底壁12aの長辺から上方に延び相互に対向する一対の長側壁12bと、底壁12aの短辺から上方に延び相互に対向する一対の短側壁12cと、を備えている。底壁12aは、略矩形状である。底壁12aは、開口12h(図2参照)と対向している。長側壁12bおよび短側壁12cは、「側壁」の一例である。封口板14は、外装体12の開口12hを塞ぐように外装体12に取り付けられた平面略矩形の板状部材である。封口板14は、外装体12の底壁12aと対向している。封口板14は、略矩形状である。電池ケース10は、外装体12の開口12hの周縁に封口板14が接合(例えば溶接接合)されることによって、一体化されている。これによって、電池ケース10は気密に封止(密閉)されている。
図2に示すように、封口板14には、注液孔15と、ガス排出弁17と、端子引出孔18、19と、が設けられている。注液孔15は、外装体12に封口板14を組み付けた後、電池ケース10の内部に電解液を注液するための貫通孔である。注液孔15は、電解液の注液後に封止部材16によって封止されている。ガス排出弁17は、電池ケース10内の圧力が所定値以上になったときに破断して、電池ケース10内のガスを外部に排出するように構成された薄肉部である。
電解液としては、従来公知の電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。一例として、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液が挙げられる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、LiPF等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。電解液は、必要に応じて添加剤を含有してもよい。なお、詳しくは捲回電極体20の個所にて後述するが、本発明者らの検討によれば、電池100が電解液を含む場合、言い換えれば電池100が非水電解液二次電池である場合、ここに開示される技術の効果がより高いレベルで発揮される。
正極端子30は、封口板14の長辺方向Yの一方の端部(図1、図2の左端部)に取り付けられている。負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他方の端部(図1、図2の右端部)に取り付けられている。正極端子30および負極端子40は、端子引出孔18、19に挿通され、封口板14の外側の表面に露出している。正極端子30は、電池ケース10の外側において、板状の正極外部導電部材32と電気的に接続されている。負極端子40は、電池ケース10の外側において、板状の負極外部導電部材42と電気的に接続されている。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、バスバー等の外部接続部材を介して、他の二次電池や外部機器と接続される。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等で構成されている。ただし、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
図3、図4に示すように、本実施形態の電池100では、電池ケース10内に複数個(具体的には2個)の捲回電極体20が収容されている。ただし、1つの外装体12の内部に配置される捲回電極体の数は特に限定されず、3個以上(複数)であってもよいし、1個であってもよい。捲回電極体20の詳しい構造については後述するが、図2に示すように、捲回電極体20の上部には、正極タブ群25と負極タブ群27とが突出している。電池100は、捲回電極体20の上方に正極タブ群25と負極タブ群27とが位置する、所謂、上タブ構造である。図4に示すように、正極タブ群25は正極集電部50と接合された状態で湾曲されている。図示は省略するが、同様に負極タブ群27は、負極集電部60と接合された状態で湾曲されている。
正極集電部50は、捲回電極体20の正極タブ群25と正極端子30とを電気的に接続している。正極集電部50は、図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。正極集電部50の一方(図2の右側)の端部は、正極タブ群25と電気的に接続されている。正極集電部50の他方(図2の左側)の端部は、正極端子30の下端部30cと電気的に接続されている。正極端子30および正極集電部50は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で構成されている。
負極集電部60は、捲回電極体20の負極タブ群27と負極端子40とを電気的に接続している。負極集電部60は、図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。負極集電部60の一方(図2の左側)の端部は、負極タブ群27と電気的に接続されている。負極集電部60の他方(図2の右側)の端部は、負極端子40の下端部40cと電気的に接続されている。負極端子40および負極集電部60は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば銅や銅合金で構成されている。
電池100では、捲回電極体20と電池ケース10との導通を防止するために、種々の絶縁部材が用いられている。例えば、図1に示すように、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、外部絶縁部材92によって封口板14と絶縁されている。また、図2に示すように、封口板14の端子引出孔18、19には、それぞれガスケット90が装着されている。これによって、端子引出孔18、19に挿通された正極端子30および負極端子40が封口板14と導通することを防止できる。また、正極集電部50および負極集電部60と、封口板14の内面側との間には、内部絶縁部材94が配置されている。これにより、正極集電部50および負極集電部60が封口板14と導通することを防止できる。なお、後述する第2実施形態にも示す通り、内部絶縁部材94は、捲回電極体20に向かって突出する突出部を備えていてもよい。
さらに、複数の捲回電極体20は、絶縁性の樹脂シートからなる電極体ホルダ29(図3参照)に覆われた状態で、外装体12の内部に配置されている。これによって、捲回電極体20が外装体12と直接接触することを防止できる。なお、上述した各々の絶縁部材の材質は、所定の絶縁性を有している限りにおいて特に限定されない。そのような材質の一例として、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等のポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂等の合成樹脂材料が挙げられる。
図5は、捲回電極体20の構成を示す模式図である。図5に示すように、捲回電極体20は、帯状の正極22と帯状の負極24とが2枚の帯状のセパレータ70を介して絶縁された状態で積層され、捲回軸WLを中心として長手方向に捲回されて構成されている。なお、図5等における符号LDは、帯状に製造される捲回電極体20およびセパレータ70の長手方向(即ち、搬送方向)を示している。符号WDは、長手方向LDと略直交する方向であり、捲回電極体20およびセパレータ70の捲回軸方向(幅方向でもある)を示している。捲回軸方向WDは、上記した電池100の上下方向Zと略平行である。
捲回電極体20は、ここでは外形が扁平形状である。捲回電極体20は、扁平形状であることが好ましい。扁平形状の捲回電極体20は、例えば筒状に捲回した電極体(筒状体)を扁平にプレス成形することによって形成し得る。扁平形状の捲回電極体20は、図3に示すように、外表面が湾曲した一対の湾曲部20rと、一対の湾曲部20rを連結する外表面が平坦な一対の平坦部20fと、を有している。
電池100において、捲回電極体20は、捲回軸方向WDが上下方向Zと略一致するように電池ケース10の内部に収容されている。言い換えれば、捲回電極体20は、捲回軸方向WDが、長側壁12bおよび短側壁12cと略平行になり、かつ底壁12aおよび封口板14と略直交する向きで、電池ケース10の内部に配置されている。図3に示すように、一対の湾曲部20rは、外装体12の一対の短側壁12cと対向している。一対の平坦部20fは、外装体12の長側壁12bと対向している。捲回電極体20の端面(すなわち、正極22と負極24とが積層された積層面、図5の捲回軸方向WDの両端部)は、底壁12aおよび封口板14と対向している。
図6は、捲回電極体20の正極22と負極24とセパレータ70との界面を模式的に示す拡大図である。なお、図6における符号MDは、捲回電極体20の積層方向を示し、上記した電池100の短辺方向Xと略平行である。以下、本実施形態における捲回電極体20の具体的な構成について説明する。
正極22は、図5に示すように、帯状の部材である。正極22は、帯状の正極集電体22cと、正極集電体22cの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層22aおよび正極保護層22pと、を備えている。正極22は、図6に示すように、セパレータ70の接着層74と対向している。正極22の少なくとも一部は、セパレータ70と接着されている。正極活物質層22aは、電池性能の観点から、正極集電体22cの両面に形成されていることが好ましい。
正極22を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極集電体22cは、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。
正極22では、図5に示すように、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側(図5の上側)に向かって複数の正極タブ22tが突出している。複数の正極タブ22tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。正極タブ22tは、ここでは正極22の一部である。正極タブ22tは、正極活物質層22aが形成されていない領域である。正極タブ22tの一部には、ここでは正極保護層22pが設けられている。ただし、正極タブ22tには正極保護層22pが設けられていなくてもよい。正極タブ22tの少なくとも一部には正極集電体22cが露出している。正極タブ22tは正極22と別の部材であってもよい。
複数の正極タブ22tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、正極タブ22tの形状はこれに限定されない。また、複数の正極タブ22tのサイズも特に限定されない。正極タブ22tの形状やサイズは、例えば正極集電部50に接続される状態を考慮し、その形成位置等によって、適宜調整することができる。複数の正極タブ22tは、正極22の捲回軸方向WDの一方の端部(図5の上端部)で積層され、正極タブ群25を構成している(図2参照)。
正極活物質層22aは、図5に示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極活物質層22aの幅(捲回軸方向WDの長さ。以下同じ)は、負極活物質層24aの幅よりも小さい。正極活物質層22aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましく、なかでもNiを含むものがより好ましい。Niを含むリチウム遷移金属複合酸化物の一例として、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が挙げられる。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質に加えて、バインダと導電材とを含むことが好ましい。バインダは、典型的には樹脂製であり、なかでもポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素系樹脂が好ましい。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料が好ましい。
正極保護層22pは、正極活物質層22aよりも電気伝導性が低くなるように構成された層である。正極保護層22pは、図5に示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極保護層22pは、捲回軸方向WDにおいて正極集電体22cと正極活物質層22aとの境界部分に設けられている。正極保護層22pは、ここでは正極集電体22cの捲回軸方向WDの一方の端部、具体的には、正極タブ22tのある側の端部(図5の上端部)に設けられている。正極保護層22pを備えることで、セパレータ70が破損した際に正極22が負極活物質層24aと直接接触して電池100が内部短絡することを防止できる。
正極保護層22pは、絶縁性の無機フィラーを含んでいる。無機フィラーの一例として、アルミナ等のセラミック粒子が挙げられる。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダおよび導電材は、正極活物質層22aに含み得るとして例示したものと同じであってもよい。ただし、正極保護層22pは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
負極24は、図5に示すように、帯状の部材である。負極24は、帯状の負極集電体24cと、負極集電体24cの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層24aと、を備えている。負極24は、図6に示すように、ここではセパレータ70の基材層72と対向している。負極24は、セパレータ70の基材層72と接着されていてもよい。負極活物質層24aは、電池性能の観点から、負極集電体24cの両面に形成されていることが好ましい。
負極24を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極集電体24cは、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。
負極24では、図5に示すように、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側(図5の上側)に向かって負極タブ24tが突出している。複数の負極タブ24tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。捲回軸方向WDにおいて、負極タブ24tは正極タブ22tと同じ側の端部に設けられている。負極タブ24tは、ここでは負極24の一部である。負極タブ24tは、ここでは負極活物質層24aが形成されておらず、負極集電体24cが露出した領域である。ただし、負極活物質層24aの一部が負極タブ24tにまではみ出して付着してもよい。また、負極タブ24tは負極24とは別の部材であってもよい。
複数の負極タブ24tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、複数の負極タブ24tの形状やサイズは、正極タブ22tと同様に適宜調整することができる。複数の負極タブ24tは、負極24の捲回軸方向WDの一方の端部(図5の上端部)で積層され、負極タブ群27を構成している(図2参照)。
負極活物質層24aは、図5に示すように、負極集電体24cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。負極活物質層24aの幅(捲回軸方向WDの長さ。以下同じ)は、正極活物質層22aの幅よりも大きい。負極活物質層24aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含んでいる。負極活物質は、例えば、黒鉛等の炭素材料や、シリコン材料が好ましい。負極活物質層24aは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。負極活物質層24aは、負極活物質に加えて、バインダを含むことが好ましい。バインダは、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類や、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロール類を含むことが好ましい。負極活物質層24aは、必要に応じて導電材として炭素材料を含んでもよい。
セパレータ70は、図5に示すように、帯状の部材である。セパレータ70は、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。セパレータ70の幅は、負極活物質層24aの幅よりも大きい。正極22と負極24との間にセパレータ70を介在させることによって、正極22と負極24との接触を防止すると共に、正極22と負極24との間に電荷担体(例えばリチウムイオン)を移動させることができる。
セパレータ70は、ここでは1つの捲回電極体20に2枚使用されている。セパレータ70は、本実施形態のように1つの捲回電極体20に2枚、すなわち、第1セパレータおよび第2セパレータを含むことが好ましい。ここに開示される技術は、第1セパレータおよび第2セパレータのうちの少なくとも一方に適用されており、両方に適用されていることが好ましい。また、ここでは2枚のセパレータが同様の構成であるが、それぞれ異なる構成であってもよい。
図6に示すように、セパレータ70は、基材層72と、基材層72の正極22と対向する面に形成された接着層74と、を備えている。ここではさらに、基材層72と接着層74との間に耐熱層73を備えている。接着層74は、正極22と対向する側の最表面を構成している。セパレータ70は、例えば加熱やプレス成形等によって、接着層74が正極22と接着(例えば圧着)されることにより、正極22と一体化されている。これにより、セパレータ70がめくれにくくなり、電池100の構築時の作業性を向上できる。また、セパレータ70と正極22との間に異物が混入することを抑制でき、金属異物に起因した微短絡の発生を抑制できる。さらに、電池100の使用時に振動や落下等の衝撃を受けてもセパレータ70の配置がずれにくくなり、振動耐性を向上できる。
セパレータ70は、負極24と対向する面に、耐熱層73および/または接着層74を備えていてもよいし、負極24と対向する面に耐熱層73および/または接着層74を備えていなくてもよい。セパレータ70は、図6に示すように、ここでは負極24と対向する面に耐熱層73および接着層74を備えていない。セパレータ70は、負極24と対向する面に耐熱層73を備えていないことが好ましい。セパレータ70は、負極24と対向する面に接着層74を備えていないことが好ましい。基材層72は、ここでは負極24と対向する側の最表面を構成している。負極24は、基材層72と対向していることが好ましい。セパレータ70は、例えば基材層72を介して負極24と接着されていてもよい。
負極24と対向する面に接着層74を備える場合は、正極22と対向する面よりも接着層74の形成面積を小さくすることが好ましい。例えば、セパレータ70のうち負極24(特には負極活物質層24a)と対向する領域の面積全体を100%としたときに、接着層74の形成されている領域(接着層形成領域)の面積の割合が、概ね50%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下、例えば略0%であるとよい。
基材層72としては、従来公知の電池のセパレータに用いられる微多孔膜を特に制限なく使用できる。基材層72は、多孔質のシート状部材であることが好ましい。基材層72は、単層構造であってもよく、2層以上の構造、例えば3層構造であってもよい。基材層72は、少なくとも負極24と対向する面が、ポリオレフィン樹脂からなることが好ましい。基材層72は、全体がポリオレフィン樹脂からなることがより好ましい。これによって、セパレータ70の柔軟性を充分に確保し、捲回電極体20の作製(捲回およびプレス成形)を容易に実施できる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、またはこれらの混合物が好ましく、PEからなることがさらに好ましい。
特に限定されるものではないが、基材層72の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、3~25μmが好ましく、3~18μmがより好ましく、5~14μmがさらに好ましい。基材層72の透気度は、30~500sec/100ccが好ましく、30~300sec/100ccがより好ましく、50~200sec/100ccがさらに好ましい。基材層72は、例えば加熱やプレス成形等によって負極活物質層24aと接着される程度の接着性を有していてもよい。
耐熱層73は、基材層72の上に設けられている。耐熱層73は、基材層72の上に形成されていることが好ましい。耐熱層73は、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。ただし、耐熱層73は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。耐熱層73は、ここでは基材層72の正極22と対向する面全体に設けられている。これにより、セパレータ70の熱収縮をより的確に抑え、電池100の安全性の向上に貢献できる。耐熱層73は、例えば加熱やプレス成形等によって正極活物質層22aと接着される程度の接着性を有していない。耐熱層73の目付は、ここではセパレータ70の長手方向LDおよび捲回軸方向WDに均質である。特に限定されるものではないが、耐熱層73の厚みは、0.3~6μmが好ましく、0.5~6μmがより好ましく、1~4μmがさらに好ましい。耐熱層73は、無機フィラーと耐熱層バインダとを含むことが好ましい。
無機フィラーとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。無機フィラーは、絶縁性のセラミック粒子を含むことが好ましい。なかでも、耐熱性、入手容易性等を考慮すると、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア等の無機酸化物や、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、ベーマイト等の粘土鉱物が好ましく、アルミナ、ベーマイトがより好ましい。また、セパレータ70の熱収縮を抑制する観点からは、特にアルミニウムを含む化合物が好ましい。耐熱層73の総質量に対する無機フィラーの割合は、85質量%以上が好ましく、90質量%以上、さらには95質量%以上がより好ましい。
耐熱層バインダとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。なかでもアクリル系樹脂が好ましい。
接着層74は、正極22と対向する面に設けられ、正極22と当接している。接着層74は、図6に示すように、少なくともセパレータ70の正極22側の面に形成されていることが好ましい。これにより、上記したような効果がより良く発揮される。接着層74は、例えば加熱や押圧(典型的にはプレス成形)等によって、正極22と接着されている。
接着層74は、ここでは耐熱層73の上に設けられている。接着層74は、耐熱層73の上に形成されていることが好ましい。接着層74は、耐熱層73の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して耐熱層73の上に設けられていてもよい。また、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、耐熱層73以外の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。接着層74の構成は特に限定されず、従来公知のものと同様であってよい。接着層74は、電解液との親和性が、例えば耐熱層73と比べて相対的に高く、電解液を吸収して膨潤する層であり得る。接着層74は、接着層バインダを含んでいる。
接着層バインダとしては、正極22に対して一定の粘性を有する従来公知の樹脂材料を特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。なかでも、高い柔軟性を有し、正極22に対する接着性をより好適に発揮できることから、フッ素系樹脂やアクリル系樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。接着層バインダの種類は、耐熱層バインダと同じであってもよく、異なっていてもよい。接着層74の総質量に対する耐熱層バインダの割合は、20質量%以上が好ましく、50質量%以上、さらには70質量%以上がより好ましい。これにより、正極22に対して所定の接着性が的確に発揮されるとともに、プレス成形においてセパレータ70が変形しやすくなる。
接着層74は、接着層バインダに加えて、他の材料、例えば、耐熱層73の成分として挙げた無機フィラー等を含んでいてもよい。接着層74が無機フィラーを含む場合、接着層74の総質量に対する無機フィラーの割合は、80質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
図7は、セパレータ70の正極22と対向する側の表面を示す平面図である。詳しくは後述するが、図7に示すように、接着層74は、平面視において、耐熱層73よりも小さい面積で形成されている。耐熱層73は、セパレータ70の正極22側の面の一部に露出している。接着層74は、捲回軸方向WDの中央部に設けられている。接着層74は、セパレータ70の長手方向LDに沿って所定の幅で線状(帯状)に形成されている。ただし、接着層74は、例えば捲回軸方向WDおよび/または長手方向LDに、複数の領域に区画され、それぞれ異なる性状(例えば形状や目付等)になるよう形成されていてもよい。
接着層74の表面はフラット(所謂、ベタ塗り)であってもよいし、凸凹であっても(部分的に厚みが異なっていても)よい。接着層74の形成された領域において、接着層74自体は部分的に形成されていてもよい。接着層74は、平面視で、例えば、ドット状、ストライプ状、波状、帯状(筋状)、破線状又はこれらの組み合わせ等の形状に形成されていてもよい。これにより、捲回電極体20の内部への電解液の含浸性を向上できる。なお、本明細書において、「線状に形成されている」とは、形成領域として線状であることをいい、上記のように接着層74自体はドット状等であってもよいことをいう。
接着層74は、図6に示すように、正極活物質層22aの少なくとも一部と対向するように設けられている。接着層74の幅Aは、ここでは正極活物質層22aの幅よりも大きく、正極活物質層22aを覆うように設けられている。正極活物質層22aの端部は接着層74と当接していることが好ましい。特に限定されるものではないが、正極活物質層22aの幅に対する接着層74の幅Aの比は、1.05以上であることが好ましい。これにより、セパレータ70と正極活物質層22aとの間に異物が混入することを高いレベルで抑制できる。さらに、接着層74の幅Aは、ここでは負極活物質層24aの幅よりも小さい。特に限定されるものではないが、負極活物質層24aの幅に対する接着層74の幅Aの比は、0.95~1.0であることが好ましく、例えば0.98以下であることがより好ましい。
ここに開示される技術では、接着層74の形成領域が最適化されている。詳しくは、セパレータ70の捲回軸方向WDの少なくとも一方の端部に、接着層74が形成されていない未形成領域が設けられている。これにより、不必要な接着剤の使用量を低減して、電池作製のコストを低減できる。また、捲回軸方向WDの端部、例えば正極活物質層22aと対向していない領域は、電池反応に寄与しない部分である。このような部分に未形成領域N1、N2を設けることで、電池反応に寄与しない部分で電解液が接着層74に吸収されて電解液が奪われることを防止できる。したがって、電池反応に寄与する部分、特には正極活物質層22aと負極活物質層24aとが対向する領域で電解液が不足しにくくなり、信頼性の高い電池100を実現できる。また、電池反応に必要な量よりも多く電解液を注入する必要がないため、電池作製のコストをさらに低減できる。加えて、接着層74を形成する際に接着層バインダがセパレータ70からはみ出して、塗布装置の周囲に飛散することをも抑制できる。
図6、図7に示すように、ここでは、セパレータ70の捲回軸方向WDの両端部に、それぞれ未形成領域が設けられている。すなわち、捲回軸方向WDの一方側の端部(図6、図7の上端部)に第1未形成領域N1が設けられ、捲回軸方向WDの他方側の端部(図6、図7の下端部)に第2未形成領域N2が設けられている。
第1未形成領域N1は、図7に示すように、セパレータ70の長手方向LDに沿ってセパレータ70の上端部に帯状に設けられている。第1未形成領域N1は、接着層74と平行に設けられている。第1未形成領域N1では、接着層74が形成されずに耐熱層73が露出している。第1未形成領域N1は、捲回電極体20において、接着層74および第2未形成領域N2よりも、電極タブ群(正極タブ群25および負極タブ群27)に近い側に配置される。第1未形成領域N1は、セパレータ70のタブ側端部を構成している。第1未形成領域N1は、電池100において、接着層74および第2未形成領域N2よりも封口板14に近い側に配置される。
図6に示すように、第1未形成領域N1の下端74a(捲回軸方向WDの中央側の端部、ここでは接着層74の上端でもある。)は、対向する正極活物質層22aの上端22uよりも上方(捲回軸方向WDの端側)に位置している。第1未形成領域N1は、正極保護層22pと対向している。これにより、正極タブ22tとセパレータ70(特には接着層74)との接触や擦れを防止でき、正極タブ22tの損傷を抑制できる。
正極活物質層22aの上端22uは、ここでは接着層74と当接している。第1未形成領域N1は、正極活物質層22aと対向していない。これにより、上記したような効果、例えば、セパレータ70のめくれを抑制する効果、異物の混入を防止する効果、振動耐性を向上する効果、のうちの少なくとも1つを、高いレベルで発揮できる。ただし、第1未形成領域N1は、正極活物質層22aと対向していてもよい。言い換えれば、第1未形成領域N1の下端74aは、正極活物質層22aの上端22uよりも下方(捲回軸方向WDの中央側)に位置していてもよい。
第1未形成領域N1の下端74aはまた、負極活物質層24aの上端24uよりも下方(捲回軸方向WDの中央側)に位置している。第1未形成領域N1は、ここでは捲回軸方向WDの位置が負極活物質層24aと重なるように設けられている。通常、電池100を充電すると負極活物質層24aが膨張し、正極活物質層22aの主に上端22uから電解液が吐き出される。吐き出された電解液は、正極活物質層22aと負極活物質層24aとが対向していない部分に溜まる。電池100を放電すると、吐き出された電解液は正極活物質層22aに戻る。このとき、第1未形成領域N1が負極活物質層24aと重なっていると、充放電に伴う電解液の移動がスムーズになり、例えばハイレート充放電特性等の電池性能を向上できる。
第1未形成領域N1の幅W1は、対向する負極24の全体厚みないし正極22の全体厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、負極24ないし正極22の上端がセパレータ70で覆われやすくなり、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。なお、「全体厚み」とは、負極集電体24cと負極活物質層24aとの積層方向MDにおける合計厚みをいう。本実施形態のように、負極集電体24c両面に負極活物質層24aが形成されている場合は、負極集電体24cの厚みと両側の負極活物質層24aの厚みの合計である。特に限定されるものではないが、第1未形成領域N1の幅W1は、1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましい。第1未形成領域N1の幅W1は、20mm以下であることが好ましく、15mm以下であることがより好ましい。
図6に示すように、負極活物質層24aの上端24uからセパレータ70の第1未形成領域N1の上端までの幅、言い換えれば、セパレータ70のうち、対向する負極活物質層24aの上端よりも上側(捲回軸方向WDの端側)にはみ出したタブ側端部の出代を、第1出代部E1とする。第1出代部E1は、セパレータ70の負極活物質層24aと対向していない領域である。このとき、第1未形成領域N1の幅W1と第1出代部E1とは、0<E1≦W1を満たすことが好ましい。また、第1出代部E1は、対向する負極24の全体厚みないし正極22の全体厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。
第2未形成領域N2は、図7に示すように、捲回軸方向WDにおいて、未形成領域N1と反対側の端部に設けられている。第2未形成領域N2は、セパレータ70の長手方向LDに沿ってセパレータ70の下端部に帯状に設けられている。第2未形成領域N2は、接着層74と平行に設けられている。第2未形成領域N2では、接着層74が形成されずに耐熱層73が露出している。第2未形成領域N2は、電池100において、接着層74および第1未形成領域N1よりも底壁12aに近い側(言い換えれば、封口板14とは反対側)に配置される。第2未形成領域N2は、セパレータ70の底壁側端部を構成している。底壁側端部に第2未形成領域N2を設けることで、電解液の含浸性を高められる。
図6に示すように、第2未形成領域N2の上端74b(捲回軸方向WDの中央側の端部、ここでは接着層74の下端でもある。)は、対向する正極活物質層22aの下端22dよりも下方(捲回軸方向WDの端側)に位置している。第2未形成領域N2は、例えば正極22を介在させずに、別の(第2の)セパレータ70と直接対向している。
正極活物質層22aの下端22dは、ここでは接着層74と当接している。第2未形成領域N2は、正極活物質層22aと対向していない。これにより、上記したような効果のうちの少なくとも1つを、高いレベルで発揮できる。例えば、正極22とセパレータ70との捲回軸方向WDの隙間が接着されることで、正極活物質層22aの下端22dから異物が混入することをより確実に防止できる。また、接着層74の分、正極活物質層22aの下端22dと負極活物質層24aとの極間距離が大きくなるので、異物が貫通したときの沿面距離が大きくなる。これらのことにより、内部短絡のリスクをさらに低減できる。加えて、接着層74の分、熱容量が大きくなるので、電池100が発熱した際にセパレータ70が収縮しにくくなる。このため、安全性をさらに向上できる。ただし、後述する変形例にも記載するように、第2未形成領域N2は、正極活物質層22aと対向していてもよい。
第2未形成領域N2の上端74bはまた、負極活物質層24aの下端24dよりも上方(捲回軸方向WDの中央側)に位置している。第2未形成領域N2は、ここでは捲回軸方向WDの位置が負極活物質層24aと重なるように設けられている。これにより、上記した第1未形成領域N1が負極活物質層24aと重なっている場合と同様に、例えばハイレート充放電特性等の電池性能を向上できる。ただし、第2未形成領域N2は、負極活物質層24aと対向していなくてもよい。すなわち、第2未形成領域N2の上端74bは、負極活物質層24aの下端24dよりも下方(捲回軸方向WDの端側)に位置していてもよい。
第2未形成領域N2の幅W2は、対向する負極24の全体厚みないし正極22の全体厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、負極24ないし正極22の下端がセパレータ70で覆われやすくなり、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。特に限定されるものではないが、第2未形成領域N2の幅W2は、1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましい。第2未形成領域N2の幅W2は、20mm以下であることが好ましく、15mm以下であることがより好ましい。
第2未形成領域N2の幅W2は、ここではタブ側端部に設けられた第1未形成領域N1の幅W1よりも小さい。言い換えれば、タブ側端部の第1未形成領域N1の幅W1は、底壁側端部の第2未形成領域N2の幅W2よりも大きい。第1未形成領域N1が正極タブ群25に近い側に配置されている場合、第1未形成領域N1の幅W1は、第2未形成領域N2の幅W2よりも大きいことが好ましい。
すなわち、帯状の正極22と帯状の負極24とを帯状のセパレータ70を介して捲回して筒状体を作製する際、図5に示すように、タブの設けられていない底壁側端部を基準として捲回されることがある。詳しくは、正極22の下端P1と負極24の下端P2とセパレータ70の下端P3とを基準として位置関係が制御され、捲回されることがある。この場合、底壁側端部と反対側の端部(タブ側端部)では、捲回始端から捲回終端に行くにつれ、セパレータ70の正極22に対する対向位置が変化する「巻きずれ」が発生することがある。基準となる位置P1、P3とは反対側に配置される第1未形成領域N1(タブ側端部の未形成領域)の幅を相対的に大きくすることで、このような巻きずれが発生した際にも正極活物質層22aがセパレータ70の接着層74と対向しにくくなり、接着剤を無駄なく効率的に使うことができる。
また本実施形態において、第1未形成領域N1は、正極タブ22t上の正極保護層22pに対向している。正極保護層22pには、電池100の製造時(例えば捲回電極体20の捲回時やプレス成形時)に接着層74が接触することで、接着剤が転写される虞がある。本発明者らの検討によれば、このような転写は、とりわけ正極タブ22tの捲回軸方向WDの直線上(所謂、Xライン(図2のXL)上)で生じやすい。第1未形成領域N1(タブ側端部の未形成領域)の幅を相対的に大きくすることで、とりわけXライン上での接着剤の転写を抑制できる。ただし、後述する変形例にも記載するように、第2未形成領域N2の幅W2は、第1未形成領域N1の幅W1より大きくてもよい。また、第2未形成領域N2の幅W2は、第1未形成領域N1の幅W1と略同じであってもよい。
図6に示すように、負極活物質層24aの下端24dからセパレータ70の第2未形成領域N2の下端までの幅、言い換えれば、セパレータ70のうち、対向する負極活物質層24aの下端よりも下側(捲回軸方向WDの端側)にはみ出した底壁側端部の出代を、第2出代部E2とする。第2出代部E2は、セパレータ70の負極活物質層24aと対向していない領域である。このとき、第2未形成領域N2の幅W2と第2出代部E2とは、0<E2≦W2を満たすことが好ましい。第2出代部E2は、対向する負極24の全体厚みないし正極22の全体厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。
底壁側端部の第2出代部E2は、ここではタブ側端部の第1出代部E1よりも小さい。言い換えれば、タブ側端部の第1出代部E1は、底壁側端部の第2出代部E2よりも大きい。特に封口板14に注液孔15が設けられている場合、タブ側端部の第1出代部E1は、底壁側端部の第2出代部E2よりも大きいことが好ましい。すなわち、注液時に勢いよく電解液を注入すると、注液孔15の近傍でセパレータ70がめくれて、正極22と負極24とが接触することがあり得る。タブ側端部の第1出代部E1を相対的に大きくすることで、注液時にセパレータ70がめくれにくくなる。また、注液時に勢いよく電解液を注入することができ、作業時間を短縮できる。ただし、後述する変形例にも記載するように、第1出代部E1は第2出代部E2よりも小さくてもよい。また、第1出代部E1と第2出代部E2は略同じ長さであってもよい。
なお、図7に示すように、ここでは、セパレータ70の長手方向LDの両端部にも、それぞれ未形成領域が設けられている。すなわち、捲回始端(図7の左端)に沿って始端側未形成領域G1が設けられ、捲回終端(図7の右端)に沿って終端側未形成領域G2が設けられている。始端側未形成領域G1および終端側未形成領域G2は、未形成領域N1、N2と同様に、接着層74が形成されていない領域である。始端側未形成領域G1および終端側未形成領域G2では、耐熱層73が露出している。長手方向LDにおいて、長手側第1未形成領域G1と終端側未形成領域G2との長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
特に限定されるものではないが、始端側未形成領域G1および終端側未形成領域G2の長手方向LDの長さは、それぞれ、5mm以上であることが好ましく、10mm以上であることがより好ましく、20mm以上であることがさらに好ましい。これにより、上記したような効果、例えば、電解液が不足しにくく信頼性を向上する効果、電池作製のコストを低減する効果、のうちの少なくとも1つを、高いレベルで発揮できる。始端側未形成領域G1および終端側未形成領域G2の長手方向LDの長さは、それぞれ、100mm以下であることが好ましい。
図8は、電池ケース10に収容された捲回電極体20の上端部を表す模式図である。なお、ここでは正極22とセパレータ70とが接着層74で接着され、相互に一体化されている。図8に示すように、セパレータ70のタブ側端部を構成する第1未形成領域N1(より具体的には第1出代部E1)は、例えば電池100の構築時に正極タブ群25(ないし負極タブ群27)を湾曲させたり、封口板14あるいは封口板14と捲回電極体20との間に介在される内部絶縁部材94等と接触したりすることで、電池ケース10内において折り曲げられた状態であり得る。
ここでは、複数のセパレータ70の第1出代部E1が、負極活物質層24aよりも上側で、正極タブ群25(ないし負極タブ群27)に沿って一方向に折れ曲がり、対向する正極活物質層22aの上端22uおよび負極活物質層24aの上端24uを覆っている。正極活物質層22aおよび負極活物質層24aの上端は、セパレータ70で完全に覆われていることが好ましい。これにより、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。また、ここでは、隣り合うセパレータ70同士の第1未形成領域N1(具体的には第1出代部E1)が重なり合っている。これにより、クッション性を高めることができ、例えば電池ケース10に捲回電極体20を挿入する際に、封口板14あるいは内部絶縁部材94と干渉しても、負極活物質層24aが損傷しにくくなる。
なお、本発明者らの検討によれば、セパレータ70のタブ側端部の第1未形成領域N1までべったりと接着層74が形成されている場合、セパレータ70が好ましくない形状に折れ曲がったり、好ましくない形態となったりする虞がある。例えば、隣り合うセパレータ70の第1出代部E1同士が接着層74によって接着されて、思いがけない形状に折れ曲がったり、接着層74が捲回軸方向WDに撚れたりする虞がある。これに対し、ここに開示される技術のように第1未形成領域N1を設けることで、第1出代部E1を正極タブ群25(ないし負極タブ群27)に沿って所望の形状ないし形態に折り曲げやすくなる。ただし、第1出代部E1の折曲部は、全領域に接着層74がないことまでは求められず、例えば一部に接着層74を有してもよい。
図9は、電池ケース10に収容された捲回電極体20の下端部を表す模式図である。なお、正極22とセパレータ70とが接着層74で接着され、相互に一体化されていることは、図8と同様である。図9に示すように、セパレータ70の底壁側端部を構成する第2未形成領域N2より具体的には第2出代部E2)は、例えば電池100の構築時に電極体ホルダ29を介して外装体12の底壁12aに押し付けられたり、捲回電極体20の自重が負荷されたりして、電池ケース10内において折り曲げられた状態であり得る。
ここでは、複数のセパレータ70の第2出代部E2が、負極活物質層24aよりも下側で一方向に折れ曲がり、対向する正極活物質層22aの下端22dおよび負極活物質層24aの下端24dを覆っている。第2未形成領域N2を設けることで、上端の場合と同様に、タブ側端部の第2未形成領域N2までべったりと接着層74が形成されている場合に比べて、所望の方向にセパレータ70を折り曲げやすくなる。正極活物質層22aおよび負極活物質層24aの下端24dは、セパレータ70で完全に覆われていることが好ましい。これにより、上端の場合と同様に、上記した異物の混入を防止する効果をより高いレベルで発揮できる。また、隣り合うセパレータ70同士の第2未形成領域N2(具体的には第2出代部E2)が重なり合っていることで、クッション性を高めることができる。これにより、振動や落下等の衝撃を受けても、負極活物質層24aが損傷しにくくなる。なお、第2出代部E2の折曲部は、第1出代部E1と同様に、全領域に接着層74がないことまでは求められず、例えば一部に接着層74を有してもよい。
<第2実施形態>
図10は、第2実施形態に係る電池200の図2対応図である。図10に示すように、電池200は、捲回電極体20にかえて捲回電極体120を備えている。電池200では、捲回電極体120の配置が第1実施形態とは異なっている。ゆえに、電池200は、正極タブ群25および負極タブ群27にかえて、正極タブ群125および負極タブ群127を備えている。電池200は、正極集電部50および負極集電部60にかえて、正極集電部150および負極集電部160を備えている。電池200は、内部絶縁部材94にかえて内部絶縁部材194を備えている。電池200は、これらのこと以外、上記した第1実施形態の電池100と同様であってよい。
捲回電極体120は、ここでは捲回軸方向WDが長辺方向Yと略一致するように電池ケース10の内部に収容されている。言い換えれば、捲回電極体120は、捲回軸方向WDが、底壁12aおよび封口板14と略平行になり、かつ長側壁12bおよび短側壁12cと略直交する向きで、電池ケース10の内部に配置されている。一対の湾曲部は、外装体12の底壁12aおよび封口板14と対向している。一対の平坦部は、外装体12の長側壁と対向している。捲回電極体120の端面(すなわち、正極22と負極24とが積層された積層面)は、一対の短側壁12cと対向している。なお、捲回電極体120を構成する各部の材質、構成等は、第1実施形態の捲回電極体20と同様であってよい。
第1実施形態とは異なり、正極タブ群125は、長辺方向Yの一方の端部(図10の左端部)に設けられている。負極タブ群127は、長辺方向Yの他方の端部(図10の右端部)に設けられている。長辺方向Yにおいて、負極タブ群127は、正極タブ群125と反対側の端部に設けられている。電池200は、捲回電極体120の左右に正極タブ群125および負極タブ群127が位置する、所謂、横タブ構造である。正極タブ群125には正極集電部150が付設されている。正極タブ群125は、正極集電部150を介して正極端子30と電気的に接続されている。負極タブ群127には負極集電部160が付設されている。負極タブ群127は、負極集電部160を介して負極端子40と電気的に接続されている。
図11は、捲回電極体120の構成を示す図6対応図である。なお、図11における符号WDは、電池200の長辺方向Yと略平行である。セパレータ170は接着層174を備えている。セパレータ170の構成は、上記した第1実施形態のセパレータ70と同様であってよい。ただし、本実施形態では捲回電極体120が横向きに収容されているため、第1実施形態と区別するために異なる符号を付している。
ここでは、電池200の長辺方向Yの両端部に、それぞれ未形成領域が位置している。すなわち、長辺方向Yの一方側の端部(図6、図7の左端部)には第1未形成領域N1が設けられ、長辺方向Yの他方側の端部(図6、図7の右端部)には第2未形成領域N2が設けられている。第1未形成領域N1は、接着層74および第2未形成領域N2よりも、正極タブ群25に近い側に設けられている。第1未形成領域N1は、セパレータ70の正極タブ側端部を構成している。第2未形成領域N2は、接着層74および第1未形成領域N1よりも、負極タブ群27に近い側に設けられている。第2未形成領域N2は、セパレータ70の負極タブ側端部を構成している。
第1未形成領域N1の幅は、負極タブ側の第2未形成領域N2の幅よりも大きいことが好ましい。すなわち、帯状の正極22と帯状の負極24とを帯状のセパレータ170を介して捲回して筒状体を作製する際、正極22の左端22lとセパレータ170の左端170lとを基準として位置関係が制御され、捲回されることがある。この場合、正極22およびセパレータ170の基準から離れた第1未形成領域N1の幅を相対的に大きくすることで、第1実施形態と同様に、接着剤を無駄なく効率的に使うことができる。また、第1未形成領域N1は、正極保護層22pに対向しているので、第1実施形態と同様に、正極タブ22tの捲回軸方向WDの直線上(所謂、Xライン(図10のXL)上での接着剤の転写を抑制できる。
図11に示すように、第1未形成領域N1の左端174a(捲回軸方向WDの中央側の端部、ここでは接着層174の右端でもある。)は、対向する正極活物質層22aの右端22rよりも右方(捲回軸方向WDの端側)に位置している。第1未形成領域N1は、正極活物質層22aと対向していない。これにより、第1実施形態と同様に、異物の混入を防止する効果等を高いレベルで発揮できる。また、第1未形成領域N1の左端174aは、負極活物質層24aの右端24rよりも右方(捲回軸方向WDの中央側)に位置している。第1未形成領域N1は、捲回軸方向WDの位置が負極活物質層24aと重なるように設けられている。これにより、第1実施形態と同様に、ハイレート充放電特性等の電池性能を向上できる。
第2未形成領域N2の右端174b(捲回軸方向WDの中央側の端部、ここでは接着層174の左端でもある。)は、対向する正極活物質層22aの左端22lよりも左方(捲回軸方向WDの端側)に位置している。第2未形成領域N2は、正極活物質層22aと対向していない。これにより、第1実施形態と同様に、異物の混入を防止する効果等を高いレベルで発揮できる。さらに内部短絡のリスクを低減できる。また、第2未形成領域N2の右端174bは、負極活物質層24aの左端24lよりも右方(捲回軸方向WDの中央側)に位置している。第2未形成領域N2は、捲回軸方向WDの位置が負極活物質層24aと重なるように設けられている。これにより、第1実施形態と同様に、ハイレート充放電特性等の電池性能を向上できる。
セパレータ170のうち、負極活物質層24aの正極タブ群125の側の端部よりも外側(図11の左側)にはみ出した正極タブ群側の出代を第1出代部E11とし、負極活物質層24aの負極タブ群127の側の端部よりも外側(図11の右側)にはみ出した負極タブ群側の出代を第2出代部E12とする。出代部E11、E12は、セパレータ170の負極活物質層24aと対向していない領域である。第1出代部E11は、ここでは第1出代部E12よりも長い。ただし、捲回機の仕様が異なる場合、例えば捲回時の基準となる位置が、正極22の右端22rおよびセパレータ170の右端170rに設けられている場合等は、第1出代部E11が、第1出代部E12よりも小さいことが好ましい。第1出代部E11は、第1出代部E12と略同じ長さであってもよい。
内部絶縁部材194は、封口板14の内側面から捲回電極体120に向かって突出する突出部を備えている。これによって、上下方向Zにおける捲回電極体120の移動が規制される。そのため、振動や落下等の衝撃を受けても捲回電極体120が封口板14と干渉しにくくなり、捲回電極体120の損傷を抑制できる。
<電池の用途>
電池100は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)等が挙げられる。電池100は、電池反応のバラつきが低減されているため、組電池の構築に好適に用いることができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
<第1変形例>
例えば、上記した第1実施形態の図6では、第1未形成領域N1の幅W1が、第2未形成領域N2の幅W2よりも大きかった。しかし、これには限定されない。第1未形成領域N1の幅W1は第2未形成領域N2の幅より小さくてもよい。第1未形成領域N1の幅W1を小さくすることにより、第1出代部E1に接着層74が存在することになる。この場合は、セパレータ70の剛性を高めることができ、正極22および負極24の上端部が損傷しにくくなる。
<第2変形例>
例えば、上記した第1実施形態の図6では、第2未形成領域N2の上端74bが対向する正極活物質層22aの下端22dよりも下方(捲回軸方向WDの端側)に位置していた。また、上記した第2実施形態の図11では、第2未形成領域N2の右端174bが対向する正極活物質層22aの左端22lよりも左方(捲回軸方向WDの端側)に位置していた。いずれの実施形態においても、第2未形成領域N2は正極活物質層22aと当接していなかった。しかし、これには限定されない。いずれの実施形態においても、第2未形成領域N2は正極活物質層22aと対向していてもよい。すなわち、図6では、第2未形成領域N2の上端74bは、正極活物質層22aの下端22dよりも上方に位置していてもよい。図11では、第2未形成領域N2の右端174bが正極活物質層22aの左端22lよりも右方に位置していてもよい。
この場合は、上記した第1未形成領域N1が負極活物質層24aと重なっている場合と同様に、電解液の移動がスムーズになり、例えばハイレート充放電特性等の電池性能を向上できる。また通常、捲回時には、正極22と負極24との位相差を検査する。その際に第2未形成領域N2が正極活物質層22aと対向していると(言い換えれば、捲回軸方向WDにおいて正極活物質層22aの下端22dから負極活物質層24aの下端24dまで間に接着層74が無いと)、正極22側からセパレータ70を透かして負極24の下端24dを確認しやすくなる。さらに、電解液の含浸性を高められると共に、捲回電極体20のガス抜け性を向上してガス噛みの発生を抑制できる。
<第3変形例>
例えば、上記した第1実施形態の図6では、タブ側端部の第1出代部E1が、底壁側端部の第2出代部E2よりも大きかった。しかし、これには限定されない。上タブ構造の電池100では、第1出代部E1が第2出代部E2よりも短くてもよい。言い換えれば、底壁側端部の第2出代部E2が、タブ側端部の第1出代部E1よりも大きくてもよい。この場合は、底壁側端部のクッション性を高めることができ、例えば電池ケース10に捲回電極体20を挿入する際に、捲回電極体20が底壁12a(正確には、電極体ホルダ29)の上に勢いよく着座しても、負極活物質層24aが損傷しにくくなる。さらに、電池100の使用時に振動や落下等の衝撃を受けても、負極活物質層24aが損傷しにくくなり、振動耐性を向上できる。
<第4変形例>
また、例えば、上記した第2実施形態の図11でも、タブ側端部の第1出代部E1が、底壁側端部の第2出代部E2よりも大きかった。しかし、これには限定されない。第3変形例と同様に、横タブ構造の場合も、第1出代部E1が第2出代部E2よりも短くてもよい。例えば負極24の右端24rが捲回時の基準となる場合、逆側の第2出代部E2の幅を相対的に大きくすることで、巻きずれが発生した際にも負極活物質層24aと接着層74との関係を良好に維持できる。
以上の通り、ここで開示される技術の具体的な態様として、以下の各項に記載のものが挙げられる。
項1:正極活物質層を備える帯状の正極と、負極活物質層を備える帯状の負極とが、1つまたは複数の帯状のセパレータを介して捲回されてなる捲回電極体を備えた電池であって、少なくとも1つの上記セパレータは、少なくとも一方の面に接着層を備え、上記一方の面では、捲回軸方向の少なくとも一方の端部に、上記接着層が形成されていない未形成領域が設けられている、電池。
項2:電解液をさらに備える、項1に記載の電池。
項3:上記セパレータは、第1セパレータと第2セパレータとを含み、上記第1セパレータおよび上記第2セパレータのそれぞれが、上記正極と対向する面に上記接着層を備え、上記第1セパレータおよび上記第2セパレータの上記正極と対向する面に、それぞれ上記未形成領域が設けられている、項1または2に記載の電池。
項4:上記第1セパレータおよび上記第2セパレータは、それぞれ、上記正極と対向する面に、無機フィラーと耐熱層バインダとを含む耐熱層をさらに備え、上記第1セパレータおよび上記第2セパレータでは、それぞれ、上記耐熱層の上に上記接着層が形成されている、項3に記載の電池。
項5:上記第1セパレータおよび上記第2セパレータの上記負極と対向する面では、それぞれ、上記負極活物質層と対向する領域の面積全体を100%としたときに、上記接着層の形成されている領域の面積の割合が、10%以下である、項3または4に記載の電池。
項6:上記未形成領域は、上記捲回軸方向の一方の端部に設けられた第1未形成領域と、上記捲回軸方向の他方の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、項1から5のいずれか1つに記載の電池。
項7:上記正極は、上記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、上記第1未形成領域は、上記正極タブ側の端部に設けられ、上記第2未形成領域は、上記正極タブとは逆側の端部に設けられ、上記捲回軸方向において、上記第1未形成領域の長さが、上記第2未形成領域の長さよりも大きい、項6に記載の電池。
項8:上記未形成領域は、少なくとも上記正極と対向する面に設けられており、上記正極は、上記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、上記第1未形成領域は、上記正極タブ側の端部に設けられ、上記第2未形成領域は、上記正極タブとは逆側の端部に設けられ、上記第2未形成領域の全体が、上記正極活物質層よりも上記捲回軸方向の端側に位置し、上記第2未形成領域が上記正極活物質層と当接していない、項6または7に記載の電池。
項9:上記正極は、上記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、上記第1未形成領域は、上記正極タブ側の端部に設けられ、上記第2未形成領域は、上記正極タブとは逆側の端部に設けられ、上記第2未形成領域の一端が、上記負極活物質層の一端よりも上記捲回軸方向の中央側に位置し、上記捲回軸方向において上記第2未形成領域の位置と上記負極活物質層の位置とが一部重なっている、項6から8のいずれか1つに記載の電池。

項10:開口と、上記開口と対向する底壁と、上記底壁の縁辺から上記開口に向かって延びる側壁と、有する外装体と、上記開口を封口する封口板と、を有する電池ケースをさらに備え、上記捲回電極体は、上記捲回軸方向が上記封口板および上記底壁と略直交する向きで上記電池ケースの内部に配置され、上記セパレータの上記未形成領域は、上記封口板側の端部に設けられた第1未形成領域と、上記底壁側の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、項1から9のいずれか1つに記載の電池。
項11:上記封口板には、電解液の注液孔が設けられており、上記セパレータは、上記捲回軸方向において、上記負極活物質層の上記封口板側の端から外方にはみ出した第1出代部と、上記負極活物質層の上記底壁側の端から外方にはみ出した第2出代部と、を有し、上記捲回軸方向において、上記第1出代部の長さが、上記第2出代部の長さよりも大きい、項10に記載の電池。
項12:開口と、上記開口と対向する底壁と、上記底壁の縁辺から上記開口に向かって延びる側壁と、有する外装体と、上記開口を封口する封口板と、を有する電池ケースをさらに備え、上記捲回電極体は、上記捲回軸方向が上記側壁と略直交する向きで上記電池ケースの内部に配置され、上記正極は、上記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、上記負極は、上記捲回軸方向の他方の端部に負極タブを備え、上記セパレータの上記未形成領域は、上記正極タブ側の端部に設けられた第1未形成領域と、上記負極タブ側の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、項1から9のいずれか1つに記載の電池。
項13:上記セパレータは、上記捲回軸方向において、上記負極活物質層の上記正極タブ側の端から外方にはみ出した第1出代部と、上記負極活物質層の上記負極タブ側の端から外方にはみ出した第2出代部と、を有し、上記捲回軸方向において、上記第1出代部の長さが、上記第2出代部の長さよりも大きい、項12に記載の電池。
10 電池ケース
12 外装体
14 封口板
20 捲回電極体
22 正極
22a 正極活物質層
22c 正極集電体
24 負極
24a 負極活物質層
24c 負極集電体
70、170 セパレータ
72 基材層
73 耐熱層
74、174 接着層
N1、N2 未形成領域
100 電池

Claims (13)

  1. 正極活物質層を備える帯状の正極と、負極活物質層を備える帯状の負極とが、1つまたは複数の帯状のセパレータを介して捲回されてなる捲回電極体を備えた電池であって、
    少なくとも1つの前記セパレータは、少なくとも一方の面に接着層を備え、
    前記一方の面では、捲回軸方向の少なくとも一方の端部に、前記接着層が形成されていない未形成領域が設けられている、電池。
  2. 電解液をさらに備える、
    請求項1に記載の電池。
  3. 前記セパレータは、第1セパレータと第2セパレータとを含み、
    前記第1セパレータおよび前記第2セパレータのそれぞれが、前記正極と対向する面に前記接着層を備え、
    前記第1セパレータおよび前記第2セパレータの前記正極と対向する面に、それぞれ前記未形成領域が設けられている、
    請求項1または2に記載の電池。
  4. 前記第1セパレータおよび前記第2セパレータは、それぞれ、前記正極と対向する面に、無機フィラーと耐熱層バインダとを含む耐熱層をさらに備え、
    前記第1セパレータおよび前記第2セパレータでは、それぞれ、前記耐熱層の上に前記接着層が形成されている、
    請求項3に記載の電池。
  5. 前記第1セパレータおよび前記第2セパレータの前記負極と対向する面では、それぞれ、前記負極活物質層と対向する領域の面積全体を100%としたときに、前記接着層の形成されている領域の面積の割合が、10%以下である、
    請求項3に記載の電池。
  6. 前記未形成領域は、
    前記捲回軸方向の一方の端部に設けられた第1未形成領域と、
    前記捲回軸方向の他方の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、
    請求項1または2に記載の電池。
  7. 前記正極は、前記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、
    前記第1未形成領域は、前記正極タブ側の端部に設けられ、
    前記第2未形成領域は、前記正極タブとは逆側の端部に設けられ、
    前記捲回軸方向において、前記第1未形成領域の長さが、前記第2未形成領域の長さよりも大きい、
    請求項6に記載の電池。
  8. 前記未形成領域は、少なくとも前記正極と対向する面に設けられており、
    前記正極は、前記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、
    前記第1未形成領域は、前記正極タブ側の端部に設けられ、
    前記第2未形成領域は、前記正極タブとは逆側の端部に設けられ、
    前記第2未形成領域の全体が、前記正極活物質層よりも前記捲回軸方向の端側に位置し、前記第2未形成領域が前記正極活物質層と当接していない、
    請求項6に記載の電池。
  9. 前記正極は、前記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、
    前記第1未形成領域は、前記正極タブ側の端部に設けられ、
    前記第2未形成領域は、前記正極タブとは逆側の端部に設けられ、
    前記第2未形成領域の一端が、前記負極活物質層の一端よりも前記捲回軸方向の中央側に位置し、前記捲回軸方向において前記第2未形成領域の位置と前記負極活物質層の位置とが一部重なっている、
    請求項6に記載の電池。
  10. 開口と、前記開口と対向する底壁と、前記底壁の縁辺から前記開口に向かって延びる側壁と、有する外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、を有する電池ケースをさらに備え、
    前記捲回電極体は、前記捲回軸方向が前記封口板および前記底壁と略直交する向きで前記電池ケースの内部に配置され、
    前記セパレータの前記未形成領域は、前記封口板側の端部に設けられた第1未形成領域と、前記底壁側の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、
    請求項1または2に記載の電池。
  11. 前記封口板には、電解液の注液孔が設けられており、
    前記セパレータは、前記捲回軸方向において、前記負極活物質層の前記封口板側の端から外方にはみ出した第1出代部と、前記負極活物質層の前記底壁側の端から外方にはみ出した第2出代部と、を有し、
    前記捲回軸方向において、前記第1出代部の長さが、前記第2出代部の長さよりも大きい、
    請求項10に記載の電池。
  12. 開口と、前記開口と対向する底壁と、前記底壁の縁辺から前記開口に向かって延びる側壁と、有する外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、を有する電池ケースをさらに備え、
    前記捲回電極体は、前記捲回軸方向が前記側壁と略直交する向きで前記電池ケースの内部に配置され、
    前記正極は、前記捲回軸方向の一方の端部に正極タブを備え、
    前記負極は、前記捲回軸方向の他方の端部に負極タブを備え、
    前記セパレータの前記未形成領域は、前記正極タブ側の端部に設けられた第1未形成領域と、前記負極タブ側の端部に設けられた第2未形成領域と、を含む、
    請求項1または2に記載の電池。
  13. 前記セパレータは、前記捲回軸方向において、前記負極活物質層の前記正極タブ側の端から外方にはみ出した第1出代部と、前記負極活物質層の前記負極タブ側の端から外方にはみ出した第2出代部と、を有し、
    前記捲回軸方向において、前記第1出代部の長さが、前記第2出代部の長さよりも大きい、
    請求項12に記載の電池。
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